JP2012109417A - スラブ型増幅装置、レーザ装置および極端紫外光源装置 - Google Patents

スラブ型増幅装置、レーザ装置および極端紫外光源装置 Download PDF

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Abstract

【課題】レーザ光を効率的に増幅する。
【解決手段】EUV光源装置は、レーザ装置と、前記レーザ装置から出力されたレーザ光を入力して所定のターゲット物質に集光し、該レーザ光の集光によって励起した前記所定のターゲット物質から放射した極端紫外光を集光しつつ出力するチャンバと、を備える。レーザ装置は、スラブ型増幅装置と、前記光を出力するマスタオシレータと、前記スラブ型増幅装置から出力された光を増幅する増幅器と、を備える。スラブ型増幅装置は、自由空間軸と導波軸とを有する第1スラブ型増幅器と、前記第1スラブ型増幅器の入力段に配置され、該第1スラブ型増幅器に入力する光の偏光方向および断面形状の少なくとも一方を変換する第1ビーム調節部と、を備える。
【選択図】図1

Description

本開示は、スラブ型増幅装置、およびそれを備えるレーザ装置、ならびにレーザ装置を備える極端紫外光源装置に関する。
従来、たとえば半導体プロセスのフォトリソグラフィに使用される光源装置としては、エキシマレーザが存在する。また、近年では、半導体プロセスのさらなる微細化を目的として、極端紫外(Extreme Ultraviolet:EUV)光源装置の研究が進められている。また、これらの光源装置は、レーザ加工装置にも使用される場合がある。
特開2010−21518号公報 米国特許出願公開第2010/0195196号
概要
本開示の一態様によるスラブ型増幅装置は、少なくとも1つのスラブ型増幅器と、少なくとも1つのスラブ型増幅器の入力側および出力側の少なくとも一方に配置される少なくとも1つのビーム調節光学ユニットとを備えてもよい。
また、本開示の別の態様によるレーザ装置は、マスタオシレータと、マスタオシレータから出力されるレーザ光が入力されるスラブ型増幅装置と、スラブ型増幅装置から出力されるレーザ光を増幅する増幅器とを備えてもよい。
また、本開示のさらなる別の態様による極端紫外光源装置は、上述のレーザ装置を備えてもよい。
図1は、実施の形態1によるEUV光源装置を示す。 図2は、実施の形態1によるスラブ型増幅装置の概略構成を示す。 図3は、図2のスラブ型増幅器の概略構成を示す。 図4は、図3のスラブ型増幅器の断面図を示す。 図5は、実施の形態1によるレーザ光のビーム断面形状の一例を示す。 図6は、実施の形態1においてスラブ型増幅装置に入力されるレーザ光の一例を示す。 図7は、実施の形態1においてスラブ型増幅装置中のレーザ光の一例を示す。 図8は、実施の形態1においてスラブ型増幅装置から出力されるレーザ光の一例を示す。 図9は、本実施の形態1による偏光方向調節光学ユニットの一例を示す。 図10は、偏光方向調節光学ユニットの変形例1を示す。 図11は、偏光方向調節光学ユニットの変形例2を示す。 図12は、本実施の形態1における入力側のビーム形状調節光学ユニットの一例を示す。 図13は、本実施の形態1における出力側のビーム形状調節光学ユニットの一例を示す。 図14は、ビーム形状調節光学ユニットの変形例1を示す。 図15は、ビーム形状調節光学ユニットの変形例2を示す。 図16は、ビーム形状調節光学ユニットの変形例3を示す。 図17は、スラブ型増幅装置の変形例1を示す。 図18は、スラブ型増幅装置の変形例2を示す。 図19は、スラブ型増幅装置の変形例3を示す。 図20は、スラブ型増幅装置の変形例4を示す。 図21は、スラブ型増幅装置の変形例5を示す。 図22は、実施の形態2によるスラブ型増幅装置の一例を示す。 図23は、図22のビーム調節光学ユニットの具体例を示す。 図24は、実施の形態3によるスラブ型増幅装置の一例を示す。
実施するための形態
以下、本開示を実施するための形態を添付の図面を参照に詳細に説明する。なお、以下の説明において、各図は本開示の内容を理解し得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎず、従って、本開示は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。また、各図では、構成の明瞭化のため、断面におけるハッチングの一部が省略されている。さらに、後述において例示する数値は、本開示の好適な例に過ぎず、従って、本開示は例示された数値に限定されるものではない。
(実施の形態1)
以下、本開示の実施の形態1を、図面を参照して詳細に説明する。図1は、本実施の形態1によるEUV光源装置を示す。EUV光源装置100は、ドライバレーザ101と、チャンバ40と、ドライバレーザ101からのレーザ光L2をチャンバ40内の所定の位置(プラズマ生成サイトP1)に集光するレーザ集光光学素子(例えば、軸外放物面ミラーM4)とを備えてもよい。また、チャンバ40と露光装置60との間には、露光装置接続部50が設けられてもよい。
ドライバレーザ101は、マスタオシレータ10と、空間フィルタ20と、第1および第2のスラブ型増幅装置30aおよび30bと、リレー光学系R1と、高反射ミラーM1およびM2と、リレー光学系R2〜R4と、第1および第2の高速軸流型増幅器MA1およびMA2と、高反射ミラーM3と、を備えてもよい。
マスタオシレータ10は、たとえば量子カスケードレーザや分布帰還型半導体レーザなどの半導体レーザであってもよい。ただし、これらに限定されず、シード光としてのレーザ光を出力可能な種々のレーザデバイスを用いることができる。マスタオシレータ10から出力されたレーザ光L1は、たとえばアパーチャを有する隔壁とレンズとの組合わせで構成される空間フィルタ20を通過することにより、その干渉等が抑えられ得る。
空間フィルタ20を通過したレーザ光L1は、2つのスラブ型増幅装置30aおよび30bを通過する際に増幅される。増幅後のレーザ光を、レーザ光L2とする。また、第1のスラブ型増幅装置30aと第2のスラブ型増幅装置30bとの間には、レーザ光L2のビーム径を拡大するリレー光学系R1が配置される。リレー光学系R1は、第1のスラブ型増幅装置30aから出力されたレーザ光L2のダイバージェンスアングルやビームプロファイルを修正する。これにより、レーザ光L2が第2のスラブ型増幅装置30bにて効率よく増幅され得る。
第2のスラブ型増幅装置30bから出力されたレーザ光L2は、高反射ミラーM1およびM2で反射された後、リレー光学系R2に入射する。リレー光学系R2は、レーザ光L2のビーム径を拡大する。ビーム径が拡大されたレーザ光L2は、第1の高速軸流型増幅器MA1における増幅空間の略全域を通過する。これにより、第1の高速軸流型増幅器MA1における増幅空間のエネルギーを効率的にレーザ光L2に付与可能となる。第1の高速軸流型増幅器MA1から出力されたレーザ光L2は、リレー光学系R3にて平行光化された後、第2の高速軸流型増幅器MA2に入射する。リレー光学系R3から出力されたレーザ光L2は、ビーム径が拡大された状態を保っているため、第2の高速軸流型増幅器MA2における増幅空間の略全域を通過することができる。これにより、第2の高速軸流型増幅器MA2における増幅空間のエネルギーを効率的にレーザ光L2に付与可能となる。
第2の高速軸流型増幅器MA2から出力されたレーザ光L2は、リレー光学系R4によって平行光化された後、高反射ミラーM3で反射される。このようにして、ドライバレーザ101からハイパワーのレーザ光L2が出力され得る。
ドライバレーザ101から出力されたレーザ光L2は、軸外放物面ミラーM4で反射され、チャンバ40内のプラズマ生成サイトP1またはその近傍に集光される。なお、軸外放物面ミラーM4は、チャンバ40外に配置されても、チャンバ40内に配置されてもよい。
チャンバ40には、ドライバレーザ101から出力されたレーザ光L2が透過するウィンドウ41に加えて、ドロップレットジェネレータ42と、ターゲット回収部43と、EUV集光光学素子(例えば、EUV集光ミラーM5)とをさらに備えてもよい。
ドロップレットジェネレータ42は、ノズル42aを介して溶融したターゲット物質をドロップレットDの形態で出力する。ドロップレットDは、プラズマ生成サイトP1に向けて、ノズル42aから出力される。レーザ光L2は、ドロップレットDがプラズマ生成サイトP1に到着するタイミングに合わせて、プラズマ生成サイトP1に集光される。なお、レーザ光L2は、たとえばEUV集光ミラーM5の中心に軸方向に設けられた貫通穴M5aを介してドロップレットDに集光されてもよい。
集光されたレーザ光L2がドロップレットDに照射されると、ドロップレットDを構成するターゲット物質の一部または全部がイオン化し、プラズマ化する。このプラズマが脱励起する際、たとえば13.5nm付近の波長のEUV光L3を含む光が放射される。EUV集光ミラーM5は、プラズマから放射された光のうち、EUV光L3を選択的に反射する。反射されたEUV光L3は、チャンバ40の外部の露光装置接続部50内に設定された中間集光点IFに集光された後、露光装置60へ入力されてもよい。あるいは図示しない他の加工装置に入力されてもよい。
なお、プラズマの発生に寄与しなかったドロップレットDまたはドロップレットDの残骸は、たとえばプラズマ生成サイトP1を挟んでノズル42aと対向するようにチャンバ40に配置されたターゲット回収部43によって回収されてもよい。
また、チャンバ40には、プラズマ生成サイトP1付近に磁場を発生させる、少なくとも1つの電磁石コイル44が設けられてもよい。プラズマ生成サイトP1付近で発生したターゲット物質の帯電物(粒子、イオン等)は、電磁石コイル44が発生させる磁場にトラップされ、その結果、所定の方向へ向かうイオン流が生成される。このイオン流の下流側に回収部を配置しておくことで、ターゲット物質のデブリを容易に回収することが可能となる。
/スラブ型増幅装置
ここで、本実施の形態1におけるスラブ型増幅装置30aおよび30bを、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、スラブ型増幅装置の共通構成を説明する場合、スラブ型増幅装置は符号30で参照される。図2は、スラブ型増幅装置の構成を概略的に示す。スラブ型増幅装置30は、入力側と出力側とにそれぞれ配置されたビーム調節光学ユニット31および32と、スラブ型増幅器SAと、を備えてもよい。
//スラブ型増幅器
図3は、図2のスラブ型増幅器の概略構成を示す。なお、図3では、内部構成を示すため、スラブ型増幅器SAの外部筐体(気密容器)を省略する。図3に示すように、スラブ型増幅器SAは、入力側ウィンドウW31と、2つの互いに対向する放電電極331および332と、2つの凹球面ミラーM31およびM32と、出力側ウィンドウW32と、を備えてもよい。一方の放電電極332はたとえば接地されており、他方の放電電極331には、たとえば交流電源334から交流RF電圧が印加されてもよい。この2つの放電電極331と332との間には、ガス状の増幅媒体が充填され、放電電極への電圧印加により放電領域333が形成される。2つの凹球面ミラーM31およびM32は、レーザ光L1(L2)を反射し、反射されたレーザ光L1(L2)が放電領域333内を往復する。レーザ光L1(L2)は放電領域333を通過する際に増幅されエネルギーを付与される。入力側ウィンドウW31から入射したレーザ光L1(L2)は、2つの凹球面ミラーM31およびM32によって反射され、増幅された後、出力側ウィンドウW32より出力される。
また、2つの放電電極331および332内には、不図示の冷却装置から供給された冷却媒体が流れる流路が形成されていてもよい。冷却装置から供給された冷却媒体C31は、流入口331aおよび332aから放電電極331および332内にそれぞれ流入し、放電電極331および332内の不図示の流路を通過する際に放電電極331および332の熱を奪い、その後、流出口331bおよび332bより排水C32として流出する。
このようなスラブ型増幅器SAでは、たとえば図4に示すように、放電電極331および332に対して垂直な導波軸AW(電界印加方向)と、放電電極331および332に対して平行な自由空間軸AFとが定義される。スラブ型増幅器SAでの増幅効率を高めるためには、レーザ光の偏光方向が、自由空間軸AFと平行であるのが好ましい。また、放電領域333の導波軸AW方向の長さg(電極間のギャップ長さ)は、通常、数mmである。これは、自由空間軸AF方向の放電領域333の長さと比較して非常に短い。そこで、スラブ型増幅器SAに入射するレーザ光は、偏光方向が自由空間軸AFと平行であって、ビーム断面形状が自由空間軸AF方向に長いことが好ましい。
また、スラブ型増幅器SAは、水平面H(X−Y平面)に対して所定角度θ(たとえばθ=45°)傾いた状態で設置される場合がある。このような場合でも、レーザ光は、そのビーム断面の長手方向と、傾斜したスラブ型増幅器SAの自由空間軸AF方向とが一致するように入射することが好ましい。そこで、本実施の形態1では、後述するビーム調節光学ユニットを用いて、図5に示すような、ビーム断面形状が円形のレーザ光L1(L2)を、図6に示すような、ビーム断面形状が一軸方向に長いレーザ光L1a(L2a)に変換し、且つ、そのビーム断面の長手方向とスラブ型増幅器SAの自由空間軸AF方向とが一致するように、レーザ光L1a(L2a)をスラブ型増幅器SAに入射させる。また、スラブ型増幅器SAから出力されたレーザ光L2a(図6参照)を、図7に示すような、ビーム断面形状が円形のレーザ光L2に戻す。
//ビーム調節光学ユニット
つづいて、図2に示すビーム調節光学ユニットについて説明する。スラブ型増幅器SAの入力側に配置されたビーム調節光学ユニット31は、スラブ型増幅器SAへ入力されるレーザ光L1(L2)のビーム断面形状およびその偏光方向をスラブ型増幅器SAに対して好適なビーム形状および偏光方向に変換する。一方、スラブ型増幅器SAの出力側に配置されたビーム調節光学ユニット32は、スラブ型増幅器SAから出力されたレーザ光L2のビーム断面形状および偏光方向を、これよりも下流側の増幅器(たとえば別のスラブ型増幅器SAや高速軸流型増幅器MA1およびMA2等)や光学系(たとえばリレー光学系R1〜R4)に対して好適なビーム断面形状および偏光方向に変換する。なお、ビーム断面形状または偏光方向の変換が不要な場合は、それぞれを達成する構成を省略できる。また、以下の説明において、下流側の増幅器や光学系を、単に下流側の光学部等という場合がある。
図8は、ビーム調節光学ユニットの一例を示す概略図である。図8に示すように、スラブ型増幅器SAの入力側に配置されたビーム調節光学ユニット31は、レーザ光L1の進行方向における上流側に配置された偏光方向調節光学ユニット311と、その下流側に配置されたビーム形状調節光学ユニット312と、を含んでもよい。また、スラブ型増幅器SAの出力側に配置されたビーム調節光学ユニット32は、レーザ光進行方向における上流側に配置されたビーム形状調節光学ユニット322と、その下流側に配置された偏光方向調節光学ユニット321と、を含んでもよい。
偏光方向調節光学ユニット311は、入射したレーザ光L1(L2)の偏光方向を、スラブ型増幅器SAに好適な偏光方向に変換する。ビーム形状調節光学ユニット312は、レーザ光L1(L2)のビーム断面形状をスラブ型増幅器SAに好適な形状に変換する。一方、ビーム形状調節光学ユニット322は、スラブ型増幅器SAから出力されたレーザ光L2のビーム断面形状を下流側の光学部等に好適な形状に変換する。偏光方向調節光学ユニット321は、断面形状が変換されたレーザ光L2の偏光方向を後段の光学部等に好適な偏光方向に変換する。
///偏光方向調節光学ユニット
ここで図9に、偏光方向調節光学ユニット311の一例を示す。なお、偏光方向調節光学ユニット321についても、偏光方向調節光学ユニット311と同様の構成とすることが可能である。図9に示すように、偏光方向調節光学ユニット311は、たとえばλ/2板3111で構成されてもよい。λ/2板3111は、その結晶の光学軸の方向DSが、結晶に入射するレーザ光L1(L2)の偏光方向に対して(90°−θ)/2傾いて配置されるのが好ましい。図9において結晶に入射するレーザ光L1(L2)は鉛直方向の直線偏光である。レーザ光L1(L2)は、λ/2板3111を通過することで、その偏光方向が90°−θ(たとえば45°)変換される。これにより、レーザ光L1(L2)の偏光方向が、水平面に対してθ傾いているスラブ型増幅器SAに対して好適な方向に傾く。なお、λ/2板3111は、透過型としたが、反射型であってもよい。反射型の波長板を使用することで、波長板自体をたとえば背面側から冷却することが可能となるため、熱的に安定させることが容易である。
(偏光方向調節光学ユニットの変形例1)
また、図10に、偏光方向調節光学ユニット311(321)の変形例1を示す。図10に示すように、偏光方向調節光学ユニット311Aは、2つのλ/4板3112および3113で構成されてもよい。この構成において、まず、偏光方向が鉛直方向に対してθの傾きを持つ直線偏光のレーザ光L1(L2)がλ/4板3112に入射すると、このレーザ光L1(L2)の偏光状態が円偏光に変換されて反射される。その後、円偏光のレーザ光L1(L2)がλ/4板3113に入射すると、このレーザ光L1(L2)が、偏光方向が鉛直方向に対して−θの傾を持つレーザ光L1(L2)に変換されて反射される。すなわち、2つのλ/4板3112および3113を介することで、レーザ光L1(L2)の偏光方向が2θ回転する。これにより、レーザ光L1(L2)の偏光方向が、水平面に対してθ傾いているスラブ型増幅器SAに対して好適な方向に傾く。なお、λ/4板3112および3113は、反射型としたが、透過型であってもよい。
(偏光方向調節光学ユニットの変形例2)
また、図11に、偏光方向調節光学ユニット311および321の変形例2を示す。図11に示すように、入力側のビーム調節光学ユニット31における偏光方向調節光学ユニット311Bは、3つの高反射ミラーM311〜M313で構成されてもよい。この偏光方向調節光学ユニット311Bには、たとえば偏光方向が鉛直方向(Y方向)の直線偏光のレーザ光L1(L2)が水平方向(Z方向)に入射する。高反射ミラーM311は、入射したレーザ光L1(L2)を鉛直方向(Y方向)へ反射する。これにより、レーザ光L1(L2)の偏光方向が、水平方向(Z方向)となる。つぎに、高反射ミラーM312は、レーザ光L1(L2)を、スラブ型増幅器SAの傾き(θ)に沿う方向に反射する。この際、レーザ光L1(L2)の偏光方向は、水平方向(Z方向)のままである。つぎに、高反射ミラーM313は、レーザ光L1(L2)を水平方向(Z方向)へ反射する。この結果、レーザ光L1(L2)の偏光方向がスラブ型増幅器SAの傾き(θ)の方向と一致する。
一方、出力側のビーム調節光学ユニット32における偏光方向調節光学ユニット321Bは、3つの高反射ミラーM321〜M323で構成されていてもよい。スラブ型増幅器SAから出力されたレーザ光L2aは、まず、高反射ミラーM321で反射される。高反射ミラーM321は、レーザ光L2aをスラブ型増幅器SAの傾き(θ)に沿う方向に反射する。この際、レーザ光L2aの偏光方向は、水平方向(Z方向)になる。つぎに、高反射ミラーM322は、レーザ光L2aを鉛直方向(Y方向)に反射する。この際、レーザ光L2aの偏光方向は、水平方向(Z方向)のままである。つぎに、高反射ミラーM323は、レーザ光L2aを水平方向(Z方向)へ反射する。この結果、レーザ光L2aの偏光方向が鉛直方向(Y方向)に変換される。このように、複数の反射ミラーを用いても、偏光方向を所望の方向へ変換可能である。
///入力側のビーム形状調節光学ユニット
つぎに、図12に、スラブ型増幅器SAの入力側に配置されたビーム調節光学ユニット31におけるビーム形状調節光学ユニット312の一例を示す。図12に示すように、ビーム形状調節光学ユニット312は、たとえばシリンドリカル凸面レンズ3121とシリンドリカル凹面レンズ3122とで構成されてもよい。シリンドリカル凸面レンズ3121は、入射したレーザ光L1(L2)を焦点距離F1離れた焦点PFに集光させる。シリンドリカル凹面レンズ3122は、焦点距離F2離れた位置に焦点を持つ。ここで、シリンドリカル凹面レンズ3122の焦点を、シリンドリカル凸面レンズ3121の焦点PFに一致させることで、シリンドリカル凸面レンズ3121で集光されたレーザ光L1(L2)を、断面形状が一方方向に長い平行光(レーザ光L1a(L2a))に変換することが可能である。そこで、シリンドリカル凸面レンズ3121およびシリンドリカル凹面レンズ3122をスラブ型増幅器SAの傾きの方向と同じ方向へ傾けて配置することで、ビーム断面形状が円形のレーザ光L1(L2)をスラブ型増幅器SAの自由空間軸AF方向に伸長された断面形状を有するレーザ光L1a(L2a)に変換することが可能となる。なお、本例では、透過系の光学素子を用いて入力側のビーム形状調節光学ユニット312を構成した。しかし、これに限らず、反射系の光学素子を用いてビーム形状調節光学ユニット312を構成することもできる。すなわち、シリンドリカル凸面レンズ3121のシリンドリカル凹面レンズ3122の代わりに、シリンドリカル凸面ミラーまたはシリンドリカル軸外放物面凸面ミラーを用いてもよい。また、ビーム形状調節光学ユニット312は、スラブ型増幅器SAのレーザ光出力側に配置して、シリンドリカル凸面レンズ3121とシリンドリカル凹面レンズ3122との相対的位置関係を入力側における位置関係とは反対にしてもよい。これにより、ビーム断面形状が一方方向に長いレーザ光をビーム断面形状が円形のレーザ光に変換するビーム形状調節光学ユニット322としても使用することが可能である。
///出力側のビーム形状調節光学ユニット
図13に、スラブ型増幅器SAの出力側に配置されたビーム調節光学ユニット32におけるビーム形状調節光学ユニット322の一例を示す。図13に示すように、ビーム形状調節光学ユニット322は、たとえばシリンドリカル凸面ミラー3221と、シリンドリカル凹面ミラー3222とで構成されてもよい。シリンドリカル凸面ミラー3221は、入射したレーザ光L2aをシリンドリカル凹面ミラー3222へ反射する。この際、シリンドリカル凸面ミラー3221は、ビーム断面の径が短い方の方向にビーム断面形状が伸長されるように、レーザ光L2aを反射する。シリンドリカル凹面ミラー3222は、シリンドリカル凸面ミラー3221で反射されたレーザ光L2aのビーム断面形状が円形となる位置に配置されるのが好ましい。シリンドリカル凹面ミラー3222は、この位置でレーザ光L2aを反射することで、このレーザ光L2aを、ビーム断面形状が円形の平行光(レーザ光L2)に変換することができる。なお、ビーム形状調節光学ユニット322は、スラブ型増幅器SAのレーザ光入力側でシリンドリカル凸面ミラー3221とシリンドリカル凹面ミラー3222との相対的位置関係を出力側における位置関係とは反対にしてもよい。これにより、ビーム断面形状が円形のレーザ光を一方方向に長いビーム断面形状を有するレーザ光に変換するビーム形状調節光学ユニット312としても使用することが可能である。
(ビーム形状調節光学ユニットの変形例1)
また、図14に、ビーム形状調節光学ユニット322の変形例1を示す。図14に示すように、ビーム形状調節光学ユニット322Aは、たとえば大小異なるシリンドリカル凹面レンズ3221aとシリンドリカル凹面ミラー3222aとで構成されてもよい。シリンドリカル凹面レンズ3221aは、ビーム断面の径が短い方の方向にビーム断面形状が伸長されるように、入射したレーザ光L2aを透過させる。シリンドリカル凹面ミラー3222aは、シリンドリカル凹面レンズ3221aを透過したレーザ光L2aのビーム断面形状が円形となる位置に配置されるのが好ましい。シリンドリカル凹面ミラー3222aは、この位置でレーザ光L2aを反射することで、このレーザ光L2aをビーム断面形状が円形の平行光(レーザ光L2)に変換することができる。なお、ビーム形状調節光学ユニット322Aも上述のビーム形状調節光学ユニット322と同様に、スラブ型増幅器SAのレーザ光出力側でシリンドリカル凹面レンズ3221aとシリンドリカル凹面ミラー3222aとの相対的位置関係を入力側における位置関係とは反対にしてもよい。これにより、ビーム断面形状が円形のレーザ光を一方方向に長いビーム断面形状を有するレーザ光に変換するビーム形状調節光学ユニット312として使用することも可能である。
(ビーム形状調節光学ユニットの変形例2)
また、図15に、ビーム形状調節光学ユニット322の変形例2を示す。図15に示すように、ビーム形状調節光学ユニット322Bは、たとえば互いに反射面が向かい合うよう配置された2つのシリンドリカル軸外放物面凹面ミラー3221bおよび3222bで構成されてもよい。シリンドリカル軸外放物面凹面ミラー3221bは、入射したレーザ光L2aを焦点F322Bに集光させるように反射する。シリンドリカル軸外放物面凹面ミラー3222bは、その焦点がシリンドリカル軸外放物面凹面ミラー3221bの焦点F322Bと一致するように、且つ、焦点F322Bを通過したレーザ光L2aのビーム断面形状が円形となる位置に配置できるように設計・設置されるのが好ましい。シリンドリカル軸外放物面凹面ミラー3222bは、この位置でレーザ光L2aを反射することで、焦点F322Bを通過したレーザ光L2aをビーム断面形状が円形の平行光(レーザ光L2)に変換する。なお、ビーム形状調節光学ユニット322Bも上述のビーム形状調節光学ユニット322Aと同様に、スラブ型増幅器SAのレーザ光出力側でシリンドリカル軸外放物面凹面ミラー3221bおよび3222bの相対的位置関係を入力側における位置関係と反対にしてもよい。これにより、ビーム断面形状が円形のレーザ光を一方方向に長いビーム断面形状を有するレーザ光に変換するビーム形状調節光学ユニット312として使用することも可能である。
(ビーム形状調節光学ユニットの変形例3)
また、図16に、ビーム形状調節光学ユニット322の変形例3を示す。図16に示すように、ビーム形状調節光学ユニット322Cは、たとえば互いに反射面が向かい合うよう配置されたシリンドリカル軸外放物面凸面ミラー3221cとシリンドリカル軸外放物面凹面ミラー3222cとで構成されてもよい。シリンドリカル軸外放物面凸面ミラー3221cは、レーザ光L2aの反射方向とは反対側に焦点F322Cを持ち、入射したレーザ光L2aのビーム断面の径が短い方の方向にビーム断面形状が伸長されるように、レーザ光L2aを反射する。シリンドリカル軸外放物面凹面ミラー3222cは、その焦点がシリンドリカル軸外放物面凸面ミラー3221cの焦点F322Cと一致するように、且つ、シリンドリカル軸外放物面凸面ミラー3221cで反射されたレーザ光L2aのビーム断面形状が円形となる位置に配置できるように設計・設置されるのが好ましい。シリンドリカル軸外放物面凹面ミラー3222cは、この位置でレーザ光L2aを反射することで、シリンドリカル軸外放物面凸面ミラー3221cで反射されたレーザ光L2aをビーム断面形状が円形の平行光(レーザ光L2)に変換する。なお、ビーム形状調節光学ユニット322Cも上述のビーム形状調節光学ユニット322Bと同様に、スラブ型増幅器SAのレーザ光出力側でシリンドリカル軸外放物面凸面ミラー3221cとシリンドリカル軸外放物面凹面ミラー3222cとの相対的位置関係を入力側における位置関係とは反対にしてもよい。これにより、ビーム断面形状が円形のレーザ光を一方方向に長いビーム断面形状を有するレーザ光に変換するビーム形状調節光学ユニット312として使用することも可能である。
(スラブ型増幅装置の変形例1)
つづいて、スラブ型増幅装置30の変形例1について以下に説明する。図17は、変形例1によるスラブ型増幅装置を示す。図17に示すスラブ型増幅装置30Aは、図8に示すスラブ型増幅装置30と同様の構成を備えるが、ビーム調節光学ユニット31および32が、それぞれビーム調節光学ユニット31Aおよび32Aに置き換えられている。ビーム調節光学ユニット31Aは、ビーム調節光学ユニット31と同様に、偏光方向調節光学ユニット311とビーム形状調節光学ユニット312とを備えるが、その位置が入れ代わっている。同様に、ビーム調節光学ユニット32Aは、ビーム調節光学ユニット32と同様の構成を備えるが、ビーム形状調節光学ユニット322と偏光方向調節光学ユニット321との位置が入れ代わっている。このように、偏光方向調節光学ユニット311および321とビーム形状調節光学ユニット312および322との位置をそれぞれ入れ換えても、同様の効果を奏することが可能である。
(スラブ型増幅装置の変形例2)
また、図18は、変形例2によるスラブ型増幅装置を示す。図18に示すスラブ型増幅装置30Bは、図8に示すスラブ型増幅装置30と同様の構成を備えるが、一方のビーム調節光学ユニット31がビーム調節光学ユニット31Aに置き換えられている。ビーム調節光学ユニット31Aは、図17に示す変形例1のビーム調節光学ユニット31Aと同様である。このように、一方のビーム調節光学ユニット31(あるいはビーム調節光学ユニット32であってもよい)における偏光方向調節光学ユニット311(または321)とビーム形状調節光学ユニット312(または322)との位置を入れ換えても、同様の効果を奏することが可能である。
(スラブ型増幅装置の変形例3)
また、図19は、変形例3によるスラブ型増幅装置を示す。図19に示すスラブ型増幅装置30Cは、図8に示すスラブ型増幅装置30と同様の構成を備えるが、ビーム調節光学ユニット31および32がビーム調節光学ユニット31Cおよび32Cにそれぞれ置き換えられている。ビーム調節光学ユニット31Cでは、ビーム調節光学ユニット31の構成から、偏光方向調節光学ユニット311が省略されている。同様に、ビーム調節光学ユニット32Cでは、ビーム調節光学ユニット32の構成から、偏光方向調節光学ユニット321が省略されている。このように、一方方向に長いビーム断面形状の長手方向とスラブ型増幅器SAの自由空間軸AFの方向とを一致させる構成のみであっても、レーザ光L1(L2)の効率的な増幅が可能である。
(スラブ型増幅装置の変形例4)
また、図20は、変形例4によるスラブ型増幅装置を示す。図20に示すスラブ型増幅装置30Dは、図8に示すスラブ型増幅装置30と同様の構成を備えるが、ビーム調節光学ユニット31および32がビーム調節光学ユニット31Dおよび32Dにそれぞれ置き換えられている。ビーム調節光学ユニット31Dでは、ビーム調節光学ユニット31の構成から、ビーム形状調節光学ユニット312が省略されている。同様に、ビーム調節光学ユニット32Dでは、ビーム調節光学ユニット32の構成から、ビーム形状調節光学ユニット322が省略されている。このように、入射するレーザ光L1(L2)の偏光方向をスラブ型増幅器SAの自由空間軸AF方向と合わせる構成のみであっても、レーザ光L1(L2)の効率的な増幅が可能である。
(スラブ型増幅装置の変形例5)
また、図21は、変形例5によるスラブ型増幅装置を示す。図21に示すスラブ型増幅装置30Eは、図8に示すスラブ型増幅装置30と同様の構成を備えるが、ビーム調節光学ユニット31および32が、それぞれ変形例3によるビーム調節光学ユニット31C(図19参照)および変形例4におけるビーム形状調節光学ユニット32D(図20参照)に置き換えられている。このように、スラブ型増幅器SAに対しては、入射するレーザ光の偏光方向をスラブ型増幅器SAの自由空間軸AF方向と合わせ、スラブ型増幅装置30Eよりも下流側の光学部等に対しては、出力されるビーム断面形状を下流側の光学部等に好適な形状に変換する構成であってもよい。
(実施の形態2)
つぎに、本開示の実施の形態2を、図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の説明において、本実施の形態1またはその変形例と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
図22は、本実施の形態2によるスラブ型増幅装置の一例を示す。図22に示すように、スラブ型増幅装置230は、たとえば図2に示すスラブ型増幅装置30と同様の構成を備えるが、ビーム調節光学ユニット31および32が、それぞれビーム調節光学ユニット231および232に置き換えられている。
ビーム調節光学ユニット231は、ビーム調節光学ユニット31における偏光方向調節光学ユニット311の機能とビーム形状調節光学ユニット312の機能との双方を兼ね備える。同様に、ビーム調節光学ユニット232は、ビーム調節光学ユニット32におけるビーム形状調節光学ユニット322の機能と偏光方向調節光学ユニット321の機能との双方を兼ね備える。図23を参照に、ビーム調節光学ユニット231および232の具体例を説明する。
図23に示すように、入力側のビーム調節光学ユニット231は、シリンドリカル凹面ミラーM231と、シリンドリカル凸面ミラーM232と、高反射ミラーM233とで構成されてもよい。このビーム調節光学ユニット231には、たとえば偏光方向が鉛直方向(Y方向)の直線偏光のレーザ光L1(L2)が水平方向(Z方向)に入射する。シリンドリカル凹面ミラーM231は、入射したレーザ光L1(L2)を鉛直方向(Y方向)へ反射する。これにより、レーザ光L1(L2)のビーム断面形状がZ方向に長い形状に変換され、且つ、レーザ光L1(L2)の偏光方向が水平方向(Z方向)になる。つぎに、シリンドリカル凸面ミラーM232は、レーザ光L1(L2)を、スラブ型増幅器SAの傾き(θ)に沿う方向に反射する。この際、レーザ光L1(L2)は平行光に変換される。ただし、レーザ光L1(L2)の偏光方向は、水平方向(Z方向)のままである。つぎに、高反射ミラーM233は、レーザ光L1(L2)を水平方向(Z方向)へ反射する。この結果、ビーム断面形状がスラブ型増幅器SAの傾き(θ)方向に長く、偏光方向がスラブ型増幅器SAの傾き(θ)の方向と一致するレーザ光L1a(L2a)がスラブ型増幅器SAに入射する。なお、シリンドリカル凹面ミラーM231およびシリンドリカル凸面ミラーM232は、それぞれたとえばシリンドリカル軸外放物面凹面ミラーおよびシリンドリカル軸外放物面凸面ミラーに置き換えることができる。
一方、図23に示すように、出力側のビーム調節光学ユニット232は、シリンドリカル凸面ミラーM234と、シリンドリカル凹面ミラーM235と、高反射ミラーM236とで構成されてもよい。スラブ型増幅器SAから出力されたレーザ光L2aは、まず、シリンドリカル凸面ミラーM234で反射される。シリンドリカル凸面ミラーM234は、レーザ光L2aをスラブ型増幅器SAの傾き(θ)に沿う方向に反射する。これにより、レーザ光L2aのビーム断面形状が円形となるようにビーム整形され、且つ、レーザ光L2aの偏光方向が水平方向(Z方向)になる。つぎに、シリンドリカル凹面ミラーM235は、レーザ光L2aを鉛直方向(Y方向)に反射する。シリンドリカル凹面ミラーM235は、シリンドリカル凸面ミラーM234で反射されたレーザ光L2aのビーム断面形状が円形となる位置に配置される。シリンドリカル凹面ミラーM235で反射されることにより、レーザ光L2aは、ビーム断面形状が円形の平行光に変換される。ただし、レーザ光L2aの偏光方向は水平方向(Z方向)のままである。つぎに、高反射ミラーM236は、レーザ光L2aを水平方向(Z方向)へ反射する。この結果、ビーム断面形状が円形で、偏光方向が鉛直方向(Y方向)のレーザ光L2が出力される。なお、シリンドリカル凸面ミラーM234およびシリンドリカル凹面ミラーM235は、それぞれたとえばシリンドリカル軸外放物面凸面ミラーおよびシリンドリカル軸外放物面凹面ミラーに置き換えることができる。
以上のように、複数の種々のミラーを組み合わせることで、ビーム形状調節機能と偏光方向調節機能とを兼ね備えるビーム調節光学ユニットを実現することができる。なお、その他の構成、動作および効果は、上述した実施の形態またはその変形例と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
(実施の形態3)
つぎに、本開示の実施の形態3を、図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の説明において、本実施の形態1および2のいずれかまたはその変形例と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
たとえば図1に示すEUV光源装置100のように、複数のスラブ型増幅器SAを用いる場合、複数のスラブ型増幅器SAを自由空間軸AF方向に並べて使用することができる。これにより、省スペース化を図ることができる。また、複数のスラブ型増幅器SAを導波軸AW方向に並べた場合、装置のフットプリントを低減することができる。以下、この場合を、実施の形態3として説明する。ただし、以下の説明では、簡略化のため、実施の形態1を引用する。
図1におけるスラブ型増幅装置30a〜30bの構成は、図24に示す構成に置き換えることができる。図24では、2つのスラブ型増幅器SA1およびSA2が導波軸AW方向に並べられている。それぞれの自由空間軸AFと導波軸AWとは平行である。図24中、下段のスラブ型増幅器SA1は、マスタオシレータ10を起点とした光路における上流側に位置する。このスラブ型増幅器SA1の入力側には、たとえばビーム調節光学ユニット31Aが配置される。ただし、これに限らず、上述したビーム調節光学ユニットのいずれであってもよい。
一方、図24中、上段のスラブ型増幅器SA2は、光路における下流側に位置する。このスラブ型増幅器SA2の出力側には、たとえばビーム調節光学ユニット32Aが配置される。ただし、これに限らず、上述したビーム調節光学ユニットのいずれであってもよい。
スラブ型増幅器SA1とスラブ型増幅器SA2との光路上には、リレー光学系R31が設けられ、スラブ型増幅器SA1から出力されるレーザ光がリレー光学系R31を介してスラブ型増幅器SA2に入射する。リレー光学系R31は、たとえば2つの高反射ミラーM301およびM302で構成してもよい。
このように、複数のスラブ型増幅器SAを自由空間軸AFと導波軸AWとが平行になるように配置した場合、上流側のスラブ型増幅器SAから出力されたレーザ光をビーム調節光学ユニットを介さずに下流側のスラブ型増幅器SAに入射させることが可能である。この結果、上流側のそれぞれのスラブ型増幅器SAの出力側のビーム調節光学ユニットを省略でき、構成の簡略化が可能になる。
なお、上述では、リレー光学系R31を2つの高反射ミラーM301およびM302で構成した。ただし、これに限るものではない。たとえば高反射ミラーM301およびM302を、それぞれ凹面ミラーや軸外放物面ミラーなどに置き換えてもよい。また、その他の構成、動作および効果は、上述した実施の形態またはその変形例と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
また、上記実施の形態およびその変形例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、仕様等に応じて種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能であることは上記記載から自明である。例えば各実施の形態に対して適宜例示した変形例は、他の実施の形態に対して適用することも可能であることは言うまでもない。
100 EUV光源装置
101 ドライバレーザ
10 マスタオシレータ
20 空間フィルタ
30、30a、30b、30A、30B、30C、30D、30E、230 スラブ型増幅装置
31、32、31A、32A、31B、31C、32C、31D、32D、231、232 ビーム調節光学ユニット
40 チャンバ
42 ドロップレットジェネレータ
42a ノズル
43 ターゲット回収部
44 電磁石コイル
50 露光装置接続部
60 露光装置
311、321、311A、311B、321B 偏光方向調節光学ユニット
312、322、322A、322B、322C ビーム形状調節光学ユニット
331、332 放電電極
333 放電領域
334 交流電源
331a、332a 流入口
331b、332b 流出口
C31 冷却媒体
C32 排水
3111 λ/2板
3112、3113 λ/4板
3121、3221a シリンドリカル凸面レンズ
3122 シリンドリカル凹面レンズ
3221 シリンドリカル凸面ミラー
3222、3222a シリンドリカル凹面ミラー
3221b、3222b、3222c シリンドリカル軸外放物面凹面ミラー
3221c シリンドリカル軸外放物面凸面ミラー
AF 自由空間軸
AW 導波軸
D ドロップレット
DS 結晶の光学軸方向
F322B、F322C 焦点
IF 中間集光点
L1、L2、L1a、L2a レーザ光
L3 EUV光
M1、M2、M3、M301、M302、M311〜M313、M321〜M323 高反射ミラー
M4 軸外放物面ミラー
M5 EUV集光ミラー
M5a 貫通穴
M31、M32 凹球面ミラー
M231、M235 シリンドリカル凹面ミラー
M232、M234 シリンドリカル凸面ミラー
M233、M236 高反射ミラー
MA1、MA2 高速軸流型増幅器
P1 プラズマ生成サイト
R1〜R4、R31 リレー光学系
SA、SA1、SA2 スラブ型増幅器
W31 入力側ウィンドウ
W32 出力側ウィンドウ

Claims (16)

  1. 少なくとも1つのスラブ型増幅器と、
    前記少なくとも1つのスラブ型増幅器の入力側および出力側の少なくとも一方に配置される、少なくとも1つのビーム調節光学ユニットと、
    を備えるスラブ型増幅装置。
  2. 前記少なくとも1つのビーム調節光学ユニットが、該少なくとも1つのビーム調節光学ユニットに入力されるレーザ光の偏光方向およびビーム断面形状の少なくとも一方を変換して出力する、
    請求項1記載のスラブ型増幅装置。
  3. 前記少なくとも1つのビーム調節光学ユニットが、第1のビーム調節光学ユニットを含み、
    該第1のビーム調節光学ユニットが、前記少なくとも1つのスラブ型増幅器の入力側に配置される、
    請求項2記載のスラブ型増幅装置。
  4. 前記少なくとも1つのスラブ型増幅器において、自由空間軸が定義され、
    前記第1のビーム調節光学ユニットが、少なくとも1つの偏光方向調節光学ユニットを含み、
    前記少なくとも1つの偏光方向調節光学ユニットが、該少なくとも1つの偏光方向調節光学ユニットに入力されるレーザ光の偏光方向を、前記自由空間軸方向と略一致するように変換して出力する、
    請求項3記載のスラブ型増幅装置。
  5. 前記少なくとも1つのスラブ型増幅器において、自由空間軸が定義され、
    前記第1のビーム調節光学ユニットが、少なくとも1つのビーム形状調節光学ユニットを含み、
    前記少なくとも1つのビーム形状調節光学ユニットが、該少なくとも1つのビーム形状調節光学ユニットに入力されるレーザ光のビーム断面を、前記自由空間軸方向に長い形状に変換して出力する、
    請求項3記載のスラブ型増幅装置。
  6. 前記少なくとも1つのスラブ型増幅器において、自由空間軸が定義され、
    前記第1のビーム調節光学ユニットが、少なくとも1つの偏光方向調節光学ユニットおよび少なくとも1つのビーム形状調節光学ユニットを含み、
    前記少なくとも1つの偏光方向調節光学ユニットが、該少なくとも1つの偏光方向調節光学ユニットに入力されるレーザ光の偏光方向を、前記自由空間軸方向と略一致するように変換して出力し、
    前記少なくとも1つのビーム形状調節光学ユニットが、該少なくとも1つのビーム形状調節光学ユニットに入力されるレーザ光のビーム断面を、前記自由空間軸方向に長い形状に変換して出力する、
    請求項3記載のスラブ型増幅装置。
  7. 前記少なくとも1つのビーム調節光学ユニットが、第2のビーム調節光学ユニットを含み、
    前記第2のビーム調節光学ユニットが、前記少なくとも1つのスラブ型増幅器の出力側に配置される、
    請求項2記載のスラブ型増幅装置。
  8. 前記第2のビーム調節光学ユニットが、少なくとも1つの偏光方向調節光学ユニットを含み、
    前記少なくとも1つの偏光方向調節光学ユニットが、該少なくとも1つの偏光方向調節光学ユニットに入力されるレーザ光の偏光方向を、所定の方向に変換して出力する、
    請求項7記載のスラブ型増幅装置。
  9. 前記第2のビーム調節光学ユニットが、少なくとも1つのビーム形状調節光学ユニットを含み、
    前記少なくとも1つのビーム形状調節光学ユニットが、該少なくとも1つのビーム形状調節光学ユニットに入力されるレーザ光のビーム断面形状を、所定の形状に変換して出力する、
    請求項7記載のスラブ型増幅装置。
  10. 前記第2のビーム調節光学ユニットが、少なくとも1つの偏光方向調節光学ユニットおよび少なくとも1つのビーム形状調節光学ユニットを含み、
    前記少なくとも1つの偏光方向調節光学ユニットが、該少なくとも1つの偏光方向調節光学ユニットに入力されるレーザ光の偏光方向を、所定の方向に変換して出力し、
    前記少なくとも1つのビーム形状調節光学ユニットが、該少なくとも1つのビーム形状調節光学ユニットに入力されるレーザ光のビーム断面形状を、所定の形状に変換して出力する、
    請求項7記載のスラブ型増幅装置。
  11. 前記少なくとも1つのビーム調節光学ユニットが、第1および第2のビーム調節光学ユニットを含み、
    前記第1のビーム調節光学ユニットが、前記少なくとも1つのスラブ型増幅器の入力側に配置され、
    前記第2のビーム調節光学ユニットが、前記少なくとも1つのスラブ型増幅器の出力側に配置される、
    請求項2記載のスラブ型増幅装置。
  12. 前記少なくとも1つのスラブ型増幅器において、自由空間軸が定義され、
    前記少なくとも1つのスラブ型増幅器が、複数設けられ、
    前記複数のスラブ型増幅器が、少なくとも前記自由空間軸方向および前記自由空間軸と直交する軸方向において、互いに平行に配置される
    請求項2記載のスラブ型増幅装置。
  13. マスタオシレータと、
    前記マスタオシレータから出力されるレーザ光が入力される、請求項2〜12のいずれか1項に記載のスラブ型増幅装置と、
    前記スラブ型増幅装置から出力されるレーザ光を増幅する増幅器と、
    を備えるレーザ装置。
  14. 請求項13に記載のレーザ装置を備える極端紫外光源装置。
  15. 前記偏光方向調節光学ユニットは少なくとも、λ/4波長板、λ/2波長板、複数の高反射ミラーのいずれかを含む、
    請求項4記載のスラブ型増幅装置。
  16. 前記ビーム形状調節光学ユニットは少なくとも凹面シリンドリカルミラー、凸面シリンドリカルミラー、凹面シリンドリカルレンズ、凸面シリンドリカルレンズ、凹面軸外方物面ミラー、凸面軸外方物面ミラーのいずれかを含む、
    請求項5記載のスラブ型増幅装置。
JP2010257332A 2010-11-17 2010-11-17 スラブ型増幅装置、レーザ装置および極端紫外光源装置 Pending JP2012109417A (ja)

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